3.2 绝缘栅场效应管 绝缘栅型(IGFET)场效应管又称金属氧化物场效应管 MOSFET，简称MOS管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于109?.它也有N沟道和P沟道两种，其中每类又分为增强型和耗尽型两种。 3.2.1 N沟道增强型MOSFET 一、结构和符号 结构示意图 符号 N沟道增强型MOSFET拓扑结构左右对称，是在一块浓度较低的P型硅上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极作为D和S，在绝缘层上镀一层金属铝并引出一个电极作为G。 二、工作原理与特性曲线 1、工作原理：uGS=0时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不管uDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。当 0＜uGS＜UGS(th)(开启电压)时， 但由于电场强度有限，数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成漏极电流iD。进一步增加uGS，当uGS＞UGS(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成沟道。如果此时uDS>0，就可以形成漏极电流iD。在栅极下方导电沟道中的电子，因与P型区的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着uGS的继续增加，反型层变厚，iD增加这时，若在漏源间加电压 uDS，就能产生漏极电流 iD，即管子开启。uGS值越大，沟道内自由电子越多，沟道电阻越小，在同样 uDS 电压作用下， i D 越大。这样，就实现了输入电压 uGS 对输出电流 i D 的控制。 第 1 页 教 案 副 页
2、N沟道增强型MOSFET特性曲线 输出特性曲线如图所示，它也分为4个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。 转移特性曲线如图 iuuuuiuuu u 3.2.2 N沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号及特性曲线如图所示，制造时在栅极下方的绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。无须加开启电压 第 2 页 教 案 副 页
3.2.3 P沟道MOSFET简介 P沟道MOS管和N沟道MOS管的主要区别在于作为衬底的半导体材料的类型不同，PMOS管是以N型硅作为衬底，而漏极和源极从P区引出，形成的反型层为P型，相应的沟道为P型沟道。对于耗尽型PMOS管，在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子。 使用时，uGS的极性与NMOS管相反。增强型PMOS管的开启电压UGS（th）是负值，而耗尽型的P沟道场效应管的夹断电压UGS(off)是正值。 第 3 页
单 元 课 时 计 划
（100分钟） 编号
课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 13 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 3.3场效应管的主要参数、特点及注意事项 要求 掌握跨导在电路中的意义和作用 教学 方式 教具 POWERPOINT课件 多媒体 教 学 重 点 跨导的作用 教 学 难 点 教 学 主 要 内 容 3.3场效应管的主要参数、特点及注意事项 1. 场效应管的主要参数 2. 场效应管的主要特点及注意事项 备 注 唐山工业职业技术学院
教 案 副 页
3.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项 3.3.1 场效应管的主要参数 一、性能参数 开启电压UGS(th)是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压UGS(off)是耗尽型FET的参数，当uGS=UGS(off)时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管, 当uGS=0时所对应的漏极电流。 直流输入电阻RGS：结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω；绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。 低频跨导 gm ：表示uGS对iD的控制作用。在转移特性曲线上， gm 是曲线在某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为 S 或 mS。 二、极限参数 最大漏极电流IDM：是指管子在工作时允许的最大漏极电流。 最大耗散功率PDM：PDM=uDSiD，它受管子的最高工作温度的限制。 漏源击穿电压U（BR）DS：漏、源极间所能承受的最大电压。 栅源击穿电压U（BR）GS：漏、源极间所能承受的最高电压。 3.3.2 场效应管的主要特点及使用注意事项 一、特点和选管原则 1、电压控制器件，栅极基本上不取电流，输入电阻高。所以，常用在那些只允许信号源戏曲小电流的高精度、高灵敏度的测量仪器、仪表等。 第 1 页 教 案 副 页